增压器HISS 噪声和泄气噪声优化

陆荣荣，赵文仲

（江淮汽车集团股份有限公司发动机公司动力研究院，安徽，合肥 230601）

HISS 噪声和泄气噪声是增压汽油发动机上最常见的两种气动噪声。两种噪声均是宽频噪声，在解决上都有一定的难度。

本文系统阐述HISS 噪声和泄气噪声的产生机理和常见的解决方法，并通过实例系统介绍通过消声器来降低HISS 噪声和泄气噪声的过程方法和效果。

1 HISS 噪声

当压气机工作在压气机map 的喘振线附近时，会产生宽频（1～3kHz）的噪声，称为 HISS 噪声或者whoosh 噪声，如图1 所示。这种噪声在小型化程度较高的发动机运行在某些特定工况时最容易发生，如全负荷或者急踩油门然后急送油门[1]。

图1 HISS 噪声示例

解决HISS 噪声的方法有以下几个方面：

（1）优化压气机的匹配，选用不同型号的叶轮，使联合运行曲线往右边移动，避开轻微喘振线。

（2）优化标定，使联合运行曲线往右边移动，避开轻微喘振线。

（3）避免压气机进口管路的急剧折弯。

（4）在压气机进口设置叶轮旁通再循环结构，如图2[2]。当发生喘振倾向时，进入叶轮的部分气流会从盖板斜孔导出，进入压气机入口，再重新进入叶轮，促进气流延续，防止气流中断甚至返气。

图2 叶轮旁通再循环结构

（5）使用涡旋进气结构，如图3 所示。如果压气机入口气流相对于压气机叶片的角度不合适，在叶片根部容易发生气体分离，而产生紊流噪声。通过在压气机入口安装涡旋进气结构，获得气流相对叶片较合适的入射角度，从而减小气体分离，降低轻微喘振倾向。

（6）使用谐振腔消声器。

图3 涡旋进气结构

2 泄气噪声

泄气噪声也就是再循环阀（CRV 阀）放气噪音，多见于汽油机，为宽频噪音，如图4 所示。

当油门丢掉时，为了将节气门前的高压泄掉，CRV 阀打开。高压高速气体通过CRV 阀，形成泄气噪声，类似于压缩气体瞬时膨胀的爆炸声[3]。

解决泄气噪声的方法有以下几个方面：

（1）优化泄气通道设计，尽量圆滑，避免存在有尖锐的棱角。

（2）一种工程经验得知，减小CRV 阀安装腔室的容积可以有效减低泄气噪声，但原理尚不明确。

（3）采用非集成方案，将CRV 阀安装到进气管路上可以有效降低泄气噪声。

（4）标定优化，让CRV 阀打开时间较节气门关闭时间稍稍提前。

（5）使用谐振腔消声器。

图4 泄气噪声示例

3 实例解析

通过对某款增压汽油机车辆系统的测试，该车辆发动机的进气系统在工况一下存在明显HISS 噪声，在工况二下存在明显的泄气噪声。

3.1 摸底测试工况

工况一：3 挡全负荷加速至4000rpm(run up)

工况二：2 挡全负荷加速至2500rpm 松油门(tip in/tip out)

3.2 摸底测试

工况一下的噪声频谱如图5 和图6 所示，工况二下的噪声频谱如图7 和图8 所示。

图5 进气口噪声

图6 压后管路近场噪声

图7 进气口噪声

图8 压后管路近场噪声

噪声频谱表明，工况一下，1800-2500rpm 有宽频Hiss(“嘶嘶”)声；工况二下，有明显的泄气声。进气口噪声测试结果表明主要噪声源频段范围为：500～1100Hz、1500～1800Hz 以及 2800～3200Hz，压后管路辐射噪声测试结果表明主要噪声源频段范围为 1000～2200Hz。

3.3 噪声优化

针对HISS 噪声和泄气噪声，从以下几个方面进行优化：

3.3.1 组合式消声器

通过前面的介绍可知，HISS 噪声和泄气噪声均属宽频噪声。简单的单腔扩张室消声器1/4 波长管、1/2 波长管、赫姆霍兹消声器等均不能消除宽频噪声。

通过对噪声的频谱图分析，设计了多腔穿孔管消声器和插入式扩张腔消声器的组合方案，布置方案如图9 所示。这样可以在较宽广的频率段内降低噪声。

图9 消声器布置方案

（1）消声器设计。组合式的消声器方案如图10所示：

图10 组合式压前消声器

消声器的两端各有两个插入式扩张腔消声器，中间为两个单腔穿孔消声器。消声器设计参数的具体演算过程不再展开。

（2）消声器仿真和测试。应用GT-POWER 对组合式的消声器进行了传递损失的仿真计算，并制作快速成型件进行了传递损失的测试，见图11。在有效测试范围内(5500Hz 以内)，第2 轮方案传递损失测试值与仿真值吻合较好，说明基本达到设计意图。而且通过两轮的调整，传递损失覆盖的频率段得到很大的拓宽。

图11 压前消声器仿真分析

3.3.2 排箫式消声器

压后管路上设计排箫式消声器，布置方案如图9 所示。

（1）消声器设计。单个的1/4 波长管只能降低某个频率的噪声，压后使用的排箫式消声器其实是将4 个1/4 波长管集成在一块，形状类似笙箫，故而称之为排箫式消声器。

设计如图12 所示，设计参数具体演算的过程不再展开。

图12 排箫式压后消声器

排箫式消声器的具体规格如下：

表1 压后消声器技术规格

图13 压后消声器仿真分析

（2）消声器仿真和测试。如图13，压后消声器的传递损失测试频率与设计值吻合较好，基本满足设计要求。

3.3.3 优化测试

优化后，工况一测试的频谱如图14 和图15 所示，工况二测试的频谱如图16 和图17 所示。

图14 进气口噪声对比（工况一）

图15 压后管路近场噪声对比（工况一）

图16 进气口噪声对比（工况二）

图17 压后管路近场噪声对比

（1）工况一：安装消声器后，车内主观感受加速时的 HISS 声(1500～2500rpm)改善明显。

（2）工况二：安装消声器后，压后管路近场的辐射噪声在800～3000Hz 范围内有明显减弱。